本發(fā)明屬于民用上的除草領(lǐng)域和軍用上的現(xiàn)代化作戰(zhàn)領(lǐng)域，具體地說是一種剪刀手機器人。

背景技術(shù)：

在民用方面，隨著當前經(jīng)濟的發(fā)展，各國現(xiàn)代化建設(shè)逐漸深化，城區(qū)的道路、公園以及高速公路旁區(qū)域的綠化程度也隨之提高，大量公共綠化區(qū)域需要進行日常維護。在各種綠化區(qū)的維護作業(yè)中，對斜坡面以及灌木叢等復(fù)雜環(huán)境下的雜草清除工作最為繁重，不僅勞動強度大，而且存在一定的難度，通常需要耗費大量的人力和財力力。

在軍用方面，時間對于現(xiàn)代化作戰(zhàn)而言至關(guān)重要，特別是在叢林等視線不佳的區(qū)域進行近距離作戰(zhàn)，然而敵人往往會在叢林中使用網(wǎng)狀鋼絲等障礙物進行阻攔，目前使用液壓鉗工具進行人工破除的方法需要耗費大量的人力和時間，從而延誤戰(zhàn)機。此外，在炸彈爆破領(lǐng)域，人員近距離接觸炸彈十分危險，因此能夠遠程控制來剪切炸彈引線將極大的降低人員危險系數(shù)。

目前，能同時具備民用和軍用的剪切機器人屈指可數(shù)。在民用方面，一種是車輪式剪切機器人：其依靠驅(qū)動車輪進行行走和轉(zhuǎn)向，適用于地勢相對平坦的地方，不能適應(yīng)地形環(huán)境復(fù)雜的斜坡或灌木叢作業(yè)，而且效率低。另一種是刀片式剪切機器人：其依靠旋轉(zhuǎn)刀盤和電機連接來割除雜草，適用于大面積的草坪維護工作。目前存在的剪切機器人在使用過程中都需要操作人員輔助操作，自動化程度低。在軍用領(lǐng)域中，目前對于剪切機器人的研究更是處于起步階段。此外，剪切機器人在剎車和啟動的過程中會造成電源模塊大電流放電。大電流使電解反應(yīng)急劇增加，加速蓄電池老化和報廢。國內(nèi)現(xiàn)有剪切機器人對車載電池的保護措施很少，也未采取節(jié)能措施。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種剪刀手機器人，使剪切機器人具有靈活度高、適應(yīng)性強的特點，從而能夠完成民用、軍用上的多項任務(wù)。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種剪刀手機器人，包括車架，所述車架兩側(cè)設(shè)有行走裝置，所述行走裝置包括履帶、電機和減速機構(gòu)，所述車架頂部設(shè)有剪切裝置，所述剪切裝置包括剪刀手、電機和傳動機構(gòu)，所述車架頂部設(shè)有控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、通信模塊、傳感器模塊、攝像頭模塊，所述傳感器模塊包括壓力傳感器；

所述控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)、行走裝置連接驅(qū)動行走裝置進行全方位運動；所述控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、剪切裝置連接驅(qū)動剪切裝置進行張合運動；所述控制系統(tǒng)和通信模塊連接實現(xiàn)遠程控制；所述控制系統(tǒng)和傳感器模塊連接用于檢測剪刀手是否完成剪切任務(wù)；所述控制系統(tǒng)和攝像頭模塊連接用于獲取剪切目標的位置信息。

進一步地，所述車架包括縱向支架、前端橫軸、第一車架橫軸、第二車架橫軸、車架連接軸；其中，所述縱向支架用于支撐車身前端橫軸、第一車架橫軸、第二車架橫軸、車架連接軸，所述電源系統(tǒng)設(shè)置在縱向支架的中間；所述前端橫軸設(shè)置在縱向支架的最前端，用于連通車架兩側(cè)的履帶輪；所述第一車架橫軸、第二車架橫軸通過螺母固定在縱向支架底部，用于連通履帶減速機構(gòu)；所述車架連接軸通過螺母固定在縱向支架的上端，用于固定所述剪切裝置。

進一步地，所述行走裝置包括履帶、電機、減速機構(gòu)，所述減速機構(gòu)包括第一從動輪、電機支座、一級皮帶、一級輸出軸齒輪、一級減速連通軸、一級輸入軸齒輪、二級輸入軸齒輪、二級皮帶、第一連接架、法蘭圈、螺母、支撐架、履帶傳動連通軸、傳動桿、減震器、履帶支撐架、第二連接架、二級履帶輪、從動輪支架；

所述電機通過電機支座固定在縱向支架上，所述電機上方設(shè)置控制系統(tǒng)和通信模塊，所述電機通過一級皮帶輸出力矩驅(qū)動一級輸入軸齒輪轉(zhuǎn)動；所述一級輸入軸齒輪和一級輸出軸齒輪通過一級減速連通軸進行連通，完成第一級減速；所述二級皮帶連接一級輸出軸齒輪和二級輸入軸齒輪；所述二級輸入軸齒輪和二級履帶輪通過前端橫軸進行連通；所述第二連接架連接履帶支撐架和前端橫軸；所述第一連接架連接履帶支撐架和從動輪支架；所述第一從動輪固定在從動輪支架兩側(cè)；所述傳動桿通過法蘭圈、螺母固定在履帶傳動連通軸上，所述傳動桿前端通過第一車架橫軸連接所述履帶支撐架和所述第二連接架，所述傳動桿后端通過所述第二車架橫軸連接履帶支撐架和第一連接架；所述減震器固定在傳動桿中間，起到緩沖的作用；所述支撐架通過螺母固定在傳動桿下方，所述支撐架在傳動桿的推動下與履帶輪共同驅(qū)動履帶轉(zhuǎn)動，完成行進任務(wù)；所述第二從動輪固定在支撐架兩側(cè)；所述第三從動輪固定在車架連接軸末端，起到固定履帶的作用；所述履帶依次繞在第一從動輪、第二從動輪、履帶輪、第三從動輪上。

進一步地，所述剪切裝置包括剪刀手、步進電機、傳動機構(gòu)，所述傳動機構(gòu)包括偏心輪、步進電機座、動力桿、推動桿、固定座、連接桿、支撐座；

所述步進電機固定在步進電機座上；所述步進電機座通過螺栓和螺母固定在縱向支架上；所述偏心輪固定在步進電機上；所述動力桿、推動桿、連接桿和剪刀手依次連接；所述支撐座支撐剪刀手和連接桿，所述傳感器模塊固定在支撐座前端，所述攝像頭模塊設(shè)置在支撐座下方；所述固定座套在車架連接軸上，起到固定剪切裝置的作用；所述步進電機轉(zhuǎn)動帶動偏心輪轉(zhuǎn)動，通過傳動機構(gòu)使剪刀手張開或閉合，通過桿機構(gòu)完成剪切動作。

進一步地，所述控制系統(tǒng)包括主控制系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)、直流電機控制系統(tǒng)、步進電機控制系統(tǒng)，所述主控制系統(tǒng)和通信模塊連接實現(xiàn)遠程控制；所述主控制系統(tǒng)和傳感器模塊連接檢測剪刀手是否完成剪切任務(wù)；所述主控制系統(tǒng)和攝像頭模塊連接用于獲取剪切目標的位置信息；所述電源控制系統(tǒng)與電源系統(tǒng)連接，用于對整個電源系統(tǒng)進行控制，從而給所述行走裝置、剪切裝置、控制系統(tǒng)、通信模塊、傳感器模塊、攝像頭模塊供電；所述直流電機控制系統(tǒng)用于控制行走裝置進行全方位運動；所述步進電機控制系統(tǒng)控制所述剪切裝置進行張合運動。

進一步地，所述電源系統(tǒng)包括超級電容、直流電源、DC\DC變換器，用于給整個電機負載和IC器件供電；所述直流電源由200～240V的交流電進行充電，所述DC\DC變換器將電壓轉(zhuǎn)換為負載所需電壓值，并給負載供電；所述超級電容由所述直流電源進行充電；所述電源系統(tǒng)根據(jù)負載情況決定超級電容和直流電源的工作狀態(tài)；所述超級電容從電機負載上獲取能量；所述超級電容存儲再生制動能量并提供峰值能量，與直流電源組成混合動力源，在剪切機器人起動和加速時利用超級電容提供輔助電流，在平穩(wěn)運行時利用直流電源單獨供能，在制動時利用超級電容吸收能量，保證直流電源工作在安全充放電的電流范圍之內(nèi)。

進一步地，所述通信模塊包括無線發(fā)射模塊和無線接收模塊，用于實現(xiàn)控制端和機器人之間的數(shù)據(jù)通訊，遠程實時監(jiān)測剪切機器人的工作狀態(tài)；所述無線通信模塊采用循環(huán)交織糾檢錯編碼，具有無線喚醒功能和組網(wǎng)功能。

進一步地，所述傳感器模塊采用壓力傳感器，根據(jù)壓力數(shù)值的大小判斷剪切任務(wù)是否結(jié)束；當剪切任務(wù)未完成時，剪切機器人通過壓力傳感器的數(shù)值獲取剪切失敗的特征信息，由所述控制系統(tǒng)控制機器人再次執(zhí)行剪切任務(wù)，直至任務(wù)完成。

進一步地，所述攝像頭模塊采用高清攝像頭采集前方圖像，進行圖像識別判斷需要剪切目標的具體位置，將信息傳送給控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)控制行走裝置、剪切裝置相互配合，從而實現(xiàn)剪切任務(wù)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點為：(1)靈活性強，采用履帶式結(jié)構(gòu)，錐齒輪傳動，可使機器人實現(xiàn)全方位的運動方式；(2)適用性強，履帶式結(jié)構(gòu)使剪切機器人可以在復(fù)雜地形上行走，適用用民用、軍用等諸多領(lǐng)域；(3)節(jié)能性強，綠色環(huán)保，超級電容作為峰值能量的提供單元和再生制動能量的存儲單元與車載直流電源組成混合動力源，起動和加速時利用超級電容的高比功率提供輔助大電流，保證了直流電源可以長期工作在安全充放電的電流范圍之內(nèi)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種剪刀手機器人的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一種剪刀手機器人的車架和行走裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明一種剪刀手機器人的剪切裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明一種剪刀手機器人的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明一種剪刀手機器人的電源系統(tǒng)工作示意圖。

附圖標識：1為車架，2為行走裝置，3為剪切裝置，4為控制系統(tǒng)，5為電源系統(tǒng)，6為通信模塊，7為傳感器模塊，8為攝像頭模塊，11為縱向支架，12為前端橫軸，13為第一車架橫軸，14為第二車架橫軸，15為車架連接軸，21為減速機構(gòu)，22為第一從動輪，23為電機，24為電機支座，25為一級皮帶，26為一級輸出軸齒輪，27為一級減速連通軸，28為一級輸入軸齒輪，29為二級輸入軸齒輪，30為二級皮帶，31為履帶，32為第一連接架，33為法蘭圈，34為螺母，35為支撐架，36為履帶傳動連通軸，37為傳動桿，38為減震器，39為履帶支撐架，40為第二連接架，41為二級履帶輪，42為從動輪支架，43為第二從動輪，44為第三從動輪，51為傳動機構(gòu)，52為步進電機，53為偏心輪，54為步進電機座，55為動力桿，56為推動桿，57為剪刀，58為固定座，59為連接桿，60為支撐座。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。

如圖1所示，為本發(fā)明一種剪刀手機器人的結(jié)構(gòu)示意圖，所述剪切機器人包括車架1，所述車架1兩側(cè)設(shè)有行走裝置2，所述行走裝置2包括履帶、電機和減速機構(gòu)，所述車架1頂部設(shè)有剪切裝置3，所述剪切裝置3包括剪刀手、電機和傳動機構(gòu)，所述車架頂部還有控制系統(tǒng)4、電源系統(tǒng)5、通信模塊6、傳感器模塊7、攝像頭模塊8，所述傳感器模塊7包括壓力傳感器。

其特征在于所述控制系統(tǒng)4和所述電源系統(tǒng)5、所述行走裝置2連接驅(qū)動所述行走裝置2進行全方位運動；所述控制系統(tǒng)4和所述電源系統(tǒng)5、所述剪切裝置3連接驅(qū)動所述剪切裝置3進行張合運動；所述控制系統(tǒng)4和所述通信模塊6連接實現(xiàn)遠程控制；所述控制系統(tǒng)4和所述傳感器模塊7連接用于檢測剪刀手是否完成剪切任務(wù)；所述控制系統(tǒng)4和所述攝像頭模塊8連接用于獲取剪切目標的位置信息。

如圖2所示，為本發(fā)明一種剪刀手機器人的車架和行走裝置結(jié)構(gòu)示意圖，所述車架1包括縱向支架11、前端橫軸12、第一車架橫軸13、第二車架橫軸14、車架連接軸15；其中，所述縱向支架11用于支撐車身前端橫軸12、第一車架橫軸13、第二車架橫軸14、車架連接軸15，所述電源系統(tǒng)5放置在所述縱向支架11的中間；所述前端橫軸12放置在在所述縱向支架11的最前端，用于連通所述車架1兩側(cè)的履帶輪；所述第一車架橫軸13、所述第二車架橫軸14通過螺母固定在所述縱向支架11底部，用于連通履帶減速機構(gòu)；所述車架連接軸15通過螺母固定在所述縱向支架11的上端，用于固定所述剪切裝置3。

所述行走裝置包括履帶31、電機23、減速機構(gòu)21，所述減速機構(gòu)21包括第一從動輪22、電機支座24、一級皮帶25、一級輸出軸齒輪26、一級減速連通軸27、一級輸入軸齒輪28、二級輸入軸齒輪29、二級皮帶30、第一連接架32、法蘭圈33、螺母34、支撐架35、履帶傳動連通軸36、傳動桿37、減震器38、履帶支撐架39、第二連接架40、二級履帶輪41、從動輪支架42；

所述電機23通過所述電機支座24固定在所述縱向支架11上，所述電機23上方放置所述控制系統(tǒng)4和所述通信模塊6，所述電機23通過所述一級皮帶25輸出力矩驅(qū)動所述一級輸入軸齒輪28轉(zhuǎn)動；所述一級輸入軸齒輪28和所述一級輸出軸齒輪26通過所述一級減速連通軸27進行連通，完成第一級減速；所述二級皮帶30連接所述一級輸出軸齒輪26和所述二級輸入軸齒輪29；所述二級輸入軸齒輪29和所述二級履帶輪41通過所述前端橫軸12進行連通；所述第二連接架40連接所述履帶支撐架39和所述前端橫軸12；所述第一連接架32連接所述履帶支撐架39和所述從動輪支架42；所述第一從動輪22固定在所述從動輪支架42兩側(cè)；所述傳動桿37通過所述法蘭圈33、所述螺母34固定在所述履帶傳動連通軸36上，所述傳動桿37前端通過所述第一車架橫軸13連接所述履帶支撐架39和所述第二連接架40，所述傳動桿37后端通過所述第二車架橫軸14連接所述履帶支撐架39和所述第一連接架32；所述減震器38固定在所述傳動桿37中間，起到緩沖的作用；所述支撐架35通過螺母固定在所述傳動桿37下方，所述支撐架35在所述傳動桿37的推動下與所述履帶輪41共同驅(qū)動履帶31轉(zhuǎn)動，完成行進任務(wù)；所述第二從動輪43固定在所述支撐架35兩側(cè)；所述第三從動輪44固定在所述車架連接軸15末端，起到固定履帶31的作用；所述履帶31依次繞在所述第一從動輪22、所述第二從動輪43、所述履帶輪41、所述第三從動輪44上。

如圖3所示，為本發(fā)明一種剪刀手機器人的剪切裝置結(jié)構(gòu)示意圖，所述剪切裝置3包括剪刀手57、步進電機52、傳動機構(gòu)51，所述傳動機構(gòu)51包括偏心輪53、步進電機座54、動力桿55、推動桿56、固定座58、連接桿59、支撐座60；

所述步進電機52固定在所述步進電機座54上；所述步進電機座54通過螺栓和螺母固定在所述縱向支架11上；所述偏心輪53固定在所述步進電機52上；所述動力桿55、所述推動桿56、所述連接桿59和所述剪刀手57依次連接；所述支撐座60支撐所述剪刀手57和所述連接桿59，所述傳感器模塊7固定在所述支撐座60前端，所述攝像頭模塊8放置在所述支撐座60下方；所述固定座58套在所述車架連接軸15上，起到固定剪切裝置3的作用。所述步進電機52轉(zhuǎn)動帶動所述偏心輪53轉(zhuǎn)動，通過傳動機構(gòu)51使所述剪刀手57張開或閉合，通過桿機構(gòu)完成剪切動作。

如圖4所示，為本發(fā)明一種剪刀手機器人的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，所述控制系統(tǒng)4包括主控制系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)、直流電機控制系統(tǒng)、步進電機控制系統(tǒng)，所述主控制系統(tǒng)和所述通信模塊6連接實現(xiàn)遠程控制；所述主控制系統(tǒng)和所述傳感器模塊7連接用于檢測剪刀手是否完成剪切任務(wù)；所述主控制系統(tǒng)和所述攝像頭模塊8連接用于獲取剪切目標的位置信息；所述電源控制系統(tǒng)與所述電源系統(tǒng)5連接用于給所述行走裝置2、剪切裝置3、控制系統(tǒng)4、通信模塊6、傳感器模塊7、攝像頭模塊8供電；所述直流電機控制系統(tǒng)用于控制所述行走裝置2進行全方位運動；所述步進電機控制系統(tǒng)用于控制所述剪切裝置3進行張合運動。

如圖5所示，為本發(fā)明一種剪刀手機器人的電源系統(tǒng)工作示意圖，所述電源系統(tǒng)5包括超級電容、直流電源、DC\DC變換器，主要用于給整個電機負載和IC器件供電。所述直流電源由200～240V的交流電進行充電，所述DC\DC變換器將電壓轉(zhuǎn)換為負載所需電壓值，并給負載供電；所述超級電容由所述直流電源進行充電；所述電源控制系統(tǒng)用于對整個電源系統(tǒng)5進行控制，根據(jù)負載情況決定所述超級電容和所述直流電源的工作狀態(tài)；所述超級電容從所述電機負載上產(chǎn)生能量獲取，以此提高能源的利用效率。所述超級電容存儲再生制動能量并提供峰值能量，與所述直流電源組成混合動力源，這樣可以充分利用直流電源能量密度高的特性以及超級電容功率密度高的特點，在剪切機器人起動和加速時利用超級電容的高比功率提供輔助大電流，在平穩(wěn)運行時利用直流電源單獨供能，在制動時利用超級電容吸收能量，這樣便可以保證直流電源長期工作在安全充放電的電流范圍之內(nèi)。

所述通信模塊6包括無線發(fā)射模塊和無線接收模塊，主要用于實現(xiàn)控制端和機器人之間的數(shù)據(jù)通訊，可以遠程實時監(jiān)測剪切機器人的工作狀態(tài)；所述無線通信模塊采用高效的循環(huán)交織糾檢錯編碼，具有無線喚醒功能和組網(wǎng)功能。

所述傳感器模塊7采用壓力傳感器，根據(jù)壓力數(shù)值的大小判斷剪切任務(wù)是否結(jié)束，此方法具有良好的精確度；當剪切任務(wù)未完成，剪切機器人通過壓力傳感器的數(shù)值獲取剪切失敗的特征信息，由所述控制系統(tǒng)4控制機器人再次執(zhí)行剪切任務(wù)，直至任務(wù)完成。

所述攝像頭模塊8采用高清攝像頭采集前方圖像，進行圖像識別判斷需要剪切目標的具體位置，將信息傳送給所述控制系統(tǒng)4；所述控制系統(tǒng)4控制所述行走裝置2、所述剪切裝置3相互配合，從而實現(xiàn)精準的剪切任務(wù)。

綜上所述，本發(fā)明一種剪刀手機器人，具有靈活度高、適應(yīng)性強的特點，在民用方面可以輕松割除斜坡面、灌木叢環(huán)境下的雜草，降低了工人的工作強度，并提高了工作效率；在軍用方面可以剪切敵人的鋼絲障礙物、剪切炸彈的引線，降低了作戰(zhàn)難度，保障了作戰(zhàn)人員的安全。超級電容作為峰值能量的提供單元和再生制動能量的存儲單元與車載蓄電池組成混合動力源；起動和加速時利用超級電容的高比功率提供輔助大電流，保證了蓄電池長期工作在安全充放電的電流范圍之內(nèi)。